PCB Bolg - 射頻和微波PCB的基材選擇指南

作為電路設計的早期階段，PCB基板材料選擇在射頻和微波PCB設計中起著關鍵作用，佳基板材料有助於終產品的卓越性能和高可靠性。在考慮與PCB設計一致的基板材料時，必須集中一些方面，如相對介電常數，損耗角正切，厚度，環境等,以下內容將詳細說明其重要性，並將顯示理想的選擇方法。

一、相對介電常數

相對介電常數是指介電常數和真空介電常數之間的比率。用於射頻和微波PCB的基板材料的相對介電常數必須足夠高，以滿足空間和重量的要求。然而，諸如高速互連的其他應用要求極低的相對介電常數以產生具有可接受的線寬和阻抗容差的高阻抗電路。在終基板材料確定之前，必須確認一些參數，包括一定範圍的板厚度的線寬，電路工作頻率的波長和主要部件的近似尺寸。必須繪製電路板圖的草圖，以便建立可接受的大和小相對介電常數。而且，由基板材料製造商提供的相對介電常數偏差必須足夠低，以使電氣性能在公差範圍內。

二、損失正切

介電損耗是關於損耗角正切和相對介電常數的函數，對於一些基板材料，每單位長度的介電損耗可以通過施加可以減少導體損耗的較短線來抵消，這在高頻情況下導體損耗變得明顯時是非常重要的。因此，當估計某些電路中的元件損耗參數時，估計每單位長度或頻率的損耗而不是在給定頻率下每單位線長度的普通損耗。在一定的頻率範圍內，基板材料損耗必須足夠低，以滿足輸入/輸出功率要求，同時避免散熱問題。此外，一些電路元件（例如濾波器）的功率響應必須保持尖銳的頻率滾降特性，以便滿足電氣性能要求。當然，介電損耗會影響這種頻率特性。

三、基板材料厚度與以下設計元素相關聯：

1.追蹤寬度，為了保持給定的特性阻抗，應減少基板材料厚度以滿足跡線寬度減小的要求。薄基板材料上的高阻抗跡線在製造時可能需要極低的走線寬度。

2.機械性能，在無支撐的薄基板材料上構造的電路可能彎曲，彎曲或扭曲，這不會發生在剛性和熱固性材料上。

3.尺寸穩定性，一般而言，就尺寸穩定性而言，薄基板材料的性能比厚基板材料差。

4.成本，通常，每單位面積厚的基底材料比每單位面積薄的基底材料更昂貴。

5.一致性。對於需要彎曲成簡單彎曲形狀（例如圓柱形或錐形）的電路板，薄板能夠彎曲到較低的曲率半徑，而基板材料或銅箔不會被破壞。

6.介電擊穿，對於平行板，薄介電材料具有比厚材料成比例更高的介電擊穿電壓。

7.動力處理能力，高頻電路板的功率處理能力透過增加基板材料厚度可以減輕兩個方面的限制。一方面，高功率可以透過加熱部分消散。另一方面，高峰值功率等級可以導致電暈開始發電並縮短基板材料的壽命。

射頻和微波PCB

四、環境印刷電路板製造和操作環境限制了基板材料的選擇，應考慮的主要材料性能包括：

溫度穩定性、應保證操作和技術的高和低溫度，溫度限制應表示為“峰值”或“連續”，並應在峰值溫度下計算電氣性能，並與設計要求進行比較。在間歇溫度峰值範圍內，電路板不可能正常運作，因此應採用「連續」溫度來估算效能。電路板機械性質發生永久性損壞應在「間歇」極限溫度範圍內檢查。

耐濕性和化學性。基板材料應吸收低濕度，使高壓環境下電路板的電氣特性不會明顯降低。畢竟，額外的環保解決方案會引起額外的製造成本和設計折衷，而待使用的技術需要與基底材料的耐化學性和耐溶劑性相容。

抗輻射性能，當RF /微波PCB應用於空間或核應用時，基板材料將遭受大量電離輻射，應確保和估計電離輻射對基板機械和電氣性能的影響。此外，應確保其累積效應，並將電路板的有效運行壽命與之進行比較。

5.關於射頻和微波PCB基材的其他設計規則

銅線圈的附著力必須足夠高，以承受應用和製造環境，以免造成永久性損壞。

相對介電常數隨溫度變化，這可能會影響工作溫度範圍內的電氣性能。

表面貼裝元件（SMD）和鍍通孔（PTH）的可靠性也與CTE相關。

基板材料的導熱性將影響設計，並考慮熱管理問題。

在決定外殼和安裝時，應事先考慮電路板翹曲。

機械性能可能會影響組裝和安裝設計。

射頻和微波PCB基板材料的比重決定了電路板的重量。

在極限環境溫度和高功率元件設計以及回流焊接或其他高溫製造的應用過程中，必須仔細考慮熱膨脹係數（CTE）。

電阻率可能是與電氣性能相關的元件，尤其是當高阻抗線路傳輸高電壓功率放大電路時。